bHLH转录因子研究进展及其在植物抗逆中的应用

bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子是一类重要的转录因子,bHLH转录因子在真核生物的生长发育、调控及应对逆境胁迫中起到了重要作用.综述了bHLH转录因子家族在植物抗逆反应中功能研究的最新进展,为进一步研究bHLH转录因子家族基因在植物逆境胁迫应答中的作用提供理论参考.     

植物MYC转录因子的克隆与功能研究进展

MYC转录因子属于植物bHLH类转录因子家族,为该家族中研究较多的转录因子.综述了不同植物分离克隆的MYC转录因子的结构与特性,分析了其在植物的生长发育、抗逆反应、次生代谢产物合成、激素信号途径中起着重要的作用,为MYC转录因子在不同植物基因工程和代谢工程中改造应用,提高非生物胁迫耐受性以及药用活性成分的产量等研究提供参考.     

玉米转ABP9基因植株的获得

ABP9参与ABA信号传导及ROS代谢调节,增强植物抵抗非生物逆境胁迫的能力,因此该基因在作物抗逆性改良上有潜在应用价值。为了获得转ABP9基因的玉米植株,向玉米抗逆育种提供新材料,构建了由组成型启动子Ubi驱动抗逆转录因子ABP9基因的植物表达载体,并通过农杆菌介导对玉米自交系齐319进行了遗传转化。经草铵膦抗性筛选和用两对不同的基因特异引物进行PCR扩增检测,证明已将ABP9基因导入玉米齐319基因组中,获得转基因植株。     

bHLH转录因子在植物抗非生物胁迫基因工程中的应用进展

植物在生长发育过程中,经常会遭遇干旱、高盐和低温等非生物胁迫的伤害,从而影响其生长发育和地理分布,对于作物而言会降低产量和品质,危害农业生产发展,因此植物抗逆育种研究已经成为保障农业生产的一个重要内容。利用基因工程技术提高植物的抗逆性是一条优于传统育种途径的快捷有效的途径。bHLH转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及抵御多种非生物胁迫反应(干旱、高盐、低温、缺铁等)中具有重要的调控作用。有研究者发现,很多bHLH转录因子可以提高植物的抗逆性。本文全面系统阐述了植物bHLH转录因子的基本结构特征及其在植物抗旱、耐盐、耐冷、耐缺铁基因工程中的应用进展,以期为bHLH转录因子的利用及植物抗旱遗传改良和育种提供参考。     

过表达毛白杨线粒体APX基因烟草提高抗逆能力的研究

  目的  为了研究毛白杨线粒体APX（PtomtAPX）在抗逆过程中的作用,本研究对过表达PtomtAPX的转基因烟草进行抗逆研究。  方法  对过表达PtomtAPX烟草和野生型烟草进行干旱、盐、氧化胁迫处理后,测量相对含水量、叶绿素含量、丙二醛含量、APX活性、AsA消耗量、NADP/NADPH比值和SOD活性。  结果  通过对比转基因烟草植株与野生型植株的生长差异发现,在氧化胁迫、盐胁迫和干旱胁迫下,转PtomtAPX基因烟草的APX活性、相对含水量、叶绿素含量、AsA消耗量、NADP/NADPH比值升高量均明显高于野生型,其中转PtomtAPX基因烟草的APX活性为野生型的1.77倍,平均相对含水量为野生型的1.15倍,叶绿素含量为野生型的1.6倍,AsA消耗量为野生型的1.11倍,NADP/NADPH值为野生型的1.18倍,表明过表达PtomtAPX转基因植株清除活性氧的能力更强。  结论  在非生物胁迫下,PtomtAPX能消除H₂O₂,防止细胞损伤,在植物抗逆中发挥重要作用。      

转大肠杆菌KatG基因烟草的获得及其抗逆性鉴定

以NC89烟草(N.tabacum)为材料,经农杆菌介导法转化烟草,通过PCR和RT-PCR对转化烟草进行鉴定,利用百草枯、PEG6000和NaCl处理烟草并进行抗性分析。结果表明,经不同浓度百草枯处理后,转基因烟草受伤害程度明显低于野生型,说明转KatG烟草的抗氧化性强于野生型烟草。与野生型植株相比,经不同质量浓度PEG6000和不同浓度NaCl处理后,转基因烟草叶片相对含水量、相对电导率、CAT活性、MDA质量摩尔浓度、PSⅡ相对量子产率均显著优于野生型植株,表明转KatG烟草的抗旱和抗盐性强于野生型烟草。说明大肠杆菌KatG基因具有提高植物抗逆的功能。因此,KatG基因在抗逆基因工程方面具有较好地应用前景,大肠杆菌KatG基因具有增强抗氧化的功能。     

转抗病基因棉花荒地生存竞争能力研究

研究了转抗病基因棉花及其常规未转基因棉花(受体)在野外自然条件下的生存能力,探讨其成为杂草的可能性,为转抗病基因棉花的生态安全性评价奠定试验基础。结果表明,转抗病基因棉花在与杂草的竞争中处于弱势;转抗病基因棉花与受体棉花除长势外,在与杂草的竞争中均无优势;转抗病基因棉花在荒地自然条件下,无论是种子,还是植株残体(根或植株片段)均不能安全越冬,不会成为杂草。     

转pt4CL1基因毛白杨的生长分析

为了分析木质素在不同转基因毛白杨(Populus tomentosa Carr.)植株中的变化情况,对1年生转正义pt4CL1基因毛白杨、转反义pt4CL1基因毛白杨和非转基因毛白杨(741对照)植株的生长状况和组织化学结构进行了研究。结果表明,转反义pt4CL1基因毛白杨的叶片数、株高、茎粗等明显优于对照,而转正义pt4CL1基因植株没有明显变化;转正义pt4CL1基因毛白杨的木质化程度明显高于对照,而转反义毛白杨的较对照低。     

干旱胁迫下大苞萱草bHLH转录因子家族鉴定与分析

【目的】为探究大苞萱草bHLH基因家族成员特性，基于对干旱胁迫下大苞萱草叶和根转录组测序结果，鉴定并分析大苞萱草bHLH基因家族成员。【方法】利用生物信息学方法对大苞萱草bHLH转录因子家族基因进行系统发育、理化性质、二级结构、保守结构域及基因表达等分析。【结果】共鉴定出55个大苞萱草bHLH家族基因并分为11个亚族；bHLH蛋白理化性质差异较大，总平均亲水性为负值，均为亲水性蛋白；亚细胞定位预测大苞萱草bHLH蛋白主要分布在细胞核中；基因表达分析表明，叶中有26个上调基因，26个下调基因，根中有32个上调基因，22个下调基因，差异基因HmbHLH50的表达量变化显著，可能与大苞萱草的抗旱能力相关。【结论】本研究为挖掘bHLH转录因子家族基因的功能奠定基础，也为深入解析大苞萱草的抗旱机制提供理论依据。     

丹参和藏丹参毛状根MYB和bHLH转录因子基因表达差异研究

为了筛选参与丹参次生代谢的MYB和bHLH转录因子,选取47个MYB转录因子和47个bHLH转录因子基因进行分析。采用实时荧光定量PCR的方法,比较藏丹参和紫花丹参毛状根MYB和bHLH的基因表达差异。结果表明:4个MYB和6个bHLH在藏丹参中高表达,24个MYB和15个bHLH在丹参中高表达,19个MYB和26个bHLH在两种材料中表达差异不明显。这些差异表达基因可能与藏丹参高丹参酮和迷迭香酸积累以及低丹酚酸B积累有关。这为进一步研究藏丹参和紫花丹参次生代谢差异机制奠定了基础。     

植物抗病反应及系统获得抗性研究进展

植物在与病原菌长期共同进化的过程中,形成了一整套复杂而有效的防御机制。植物的抗病反应是建立在一定的物质基础上的,木质素、植保素、活性氧、水杨酸等在植物抗病反应中起着重要的作用。系统获得抗性是植物抵抗病原菌侵袭的相当复杂的防御机制之一,其信号转导途径是近年来研究的热点。本文综述了植物抗病反应及其系统获得抗性的研究进展,并对发展具有广谱抗性的作物和利用激活系统获得抗性的化学物质来保护植物进行了讨论。     

利用玉米作为生物反应器表达PEDV中和表位抗原蛋白

以玉米为生物反应器,将猪流行性腹泻病毒（porcine epidemic diarrhea virus, PEDV）主要中和抗原表位（core neutralizing epitope, COE）基因导入玉米自交系,获得了高效表达PEDV\|COE的转基因玉米稳定株系。首先,根据玉米密码子的偏好性,设计合成优化的COE编码基因,构建了植物表达载体pBAC9036。然后,利用PDS1000/He基因枪转化玉米幼胚,经过愈伤组织诱导、分化再生培养,获得71株转化再生植株,进而通过田间草甘膦抗性筛选,获得2个T1代转基因玉米稳定株系。通过PCR、RT\|PCR、间接ELISA和Western blot等鉴定结果显示,COE基因已成功整合到玉米基因组并进行了转录和蛋白表达。并且种子中COE蛋白占可溶性总蛋白的0.122％和0.078％。最后,提取转基因玉米稳定株系的种子可溶性蛋白,与佐剂混合皮下注射免疫小鼠并取可溶性蛋白灌胃免疫小鼠,均可产生针对PEDV抗原的特异性抗体。获得的转基因玉米可有效表达COE蛋白,表达产物具有显著的免疫原性,为进一步研制PEDV\|COE转基因玉米疫苗奠定了基础。     

植物质体Fibrillin蛋白家族的起源、结构和功能

质体是植物细胞进行光合作用和贮藏有机物的细胞器。Fibrillin是一种由核基因编码的质体脂类结合蛋白,起源于光合原核生物蓝藻,并广泛存在于植物的质体中。其分子大小介于21~42 kDa,pI为4~9。它们含有导肽、脂类结合基序DLDKLQGKWRLLY和细胞粘附基序RGD以及蛋白激酶C结构域。研究表明,该家族基因的表达增强可以维持植物质体的稳定性,调控质体醌（PQ）、三酯酰甘油（TAG）和茉莉酸（JA）的合成,介导脱落酸（ABA）的抗逆信号传导过程。而且该家族基因在植物的生长发育和耐逆性中发挥重要作用。综述了Fibrillin家族成员的蛋白结构特征、基因的表达与功能研究进展,并提供了本领域今后的重点研究方向。     

拟南芥AtOHRP1在氧化胁迫应答中的功能初探

C3HC4 RING finger结构在植物非生物胁迫应答中发挥着重要作用。在对拟南芥基因组进行生物信息学分析过程中发现,NP_195772.1含有一个C3HC4 RING finger保守结构域。基因表达分析显示该基因受H2O2显著诱导。其突变体对高光、过氧化氢、高盐以及黑暗等胁迫高度敏感,叶片白化现象显著,相对叶绿素含量较于野生型也有明显降低,故将其命名为AtOHRP1(Arabidopsis thaliana Oxidative Hypersensitive RING Finger Protein 1)。通过分析氧化胁迫后植物体内过氧化氢的含量及抗氧化酶活性的变化,发现突变体体内有更多过氧化氢的积累且活性氧清除系统中关键酶,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性比野生型降低明显。表明AtOHRP1在氧化胁迫等非生物胁迫过程中发挥着重要的生理功能。     

番茄SlWRKY23基因的克隆及其抗病性和耐盐性分析

WRKY转录因子是普遍存在于植物界中的一类转录因子,参与了植物在生物和非生物逆境胁迫中的多种应答。前期研究表明,在PstDC3000侵染及盐胁迫下番茄SlWRKY23基因的表达水平提高。为了研究番茄SlWRKY23转录因子对PstDC3000的抗病性及在盐胁迫逆境中的功能,通过农杆菌介导的遗传转化方法获得转SlWRKY23基因植株,并对3个独立的转基因株系（WRKY23\|1、WRKY23\|5和WRKY23\|7）进行了抗逆性分析。结果表明接种PstDC3000后,转基因植株表现明显的抗病表型,抗病防御相关基因SlPR1和SlPR1a1的表达量显著高于野生型;盐胁迫处理后,转基因植株表现出明显的抗盐表型,逆性相关基因SlRD22和SlDREB2A的表达量显著高于野生型。该结果表明SlWRKY23基因在番茄抗PstDC3000和盐胁迫过程中具有正调控作用,通过上调逆性相关基因的表达量增强抗逆性。     

黔西南州古茶树立地土壤养分分析

黔西南州地处云贵高原,生长着大量古茶树种质资源。这些古茶树具有进化上原始、抗逆性强,含有特异生化成分及抗逆基因等特性,是重要的茶树遗传资源。为了解黔西南州古茶树土壤养分状况,使其得到有效保护和高效利用对黔西南州古茶树集中分布区土壤的pH值和养分进行分析。结果表明,黔西南州古茶树立地土壤的pH值为400～609,QX\|2,QX\|3,QX\|4,QX\|8,QX\|10,QX\|11,QX\|12均在最适合茶树生长范围;各取样点有机质平均值为8270 g·kg-1、全氮405 g·kg-1、全磷233 g·kg-1、碱解氮含量19273 mg·kg-1,在适宜范围内,速效磷2095 mg·kg-1、速效钾15839 mg·kg-1,属于缺乏范围,微量元素含量基本在茶树生长所需范围内。QX\|7取样点各营养成分含量较高,在很丰富范围内,其次是QX\|6,而QX\|8取样点各营养成分含量较低。     

水稻WRKY转录因子OsWRKY71的cDNA分离和表达分析

WRKY蛋白是植物中最大的转录因子家族之一,对植物的生长发育具有重要调控作用。利用SMART\|RACE\|PCR技术分离获得水稻WRKY转录因子基因（OsWRKY71）的全长cDNA序列,并进行了相关的生物信息学分析。分离到的水稻WRKY转录因子cDNA全长为1 245 bp（GenBank登录号KJ137000）,开放阅读框1 047 bp,编码348个氨基酸,分子量为3828 kDa,OsWRKY71具有WRKY转录因子家族典型的保守结构域,属于第Ⅱ组WRKY蛋白家族。系统进化分析表明,OsWRKY71氨基酸序列与禾本科作物小麦的亲缘关系最近,其中与小麦序列相似性为69%,和大麦的序列相似性为68%。荧光定量PCR检测表明,OsWRKY71在孕穗期剑叶中表达丰度最高,根中最低,具有表达的空间差异性。抗病品种‘IR28’在受到稻曲菌诱导的初期,OsWRKY71基因表达呈现先升高后下降趋势,易感品种‘甬优9号’在受到稻曲菌诱导后表达受到抑制。这些结果表明,OsWRKY71的表达对稻曲菌侵染有应答响应,很可能在水稻防御稻曲菌侵染的机制中发挥作用。     

硫化氢在植物中抵御非生物胁迫机制的研究进展

植物在生长发育过程中不可避免地受到各种生物或非生物胁迫。硫化氢(H2S)作为一种细胞信号分子,在植物体抵御冷热、重金属、盐、干旱等各种非生物逆境胁迫及与其他信号物质的互作等方面发挥重要作用。综述了H2S在植物体中通过基因调控、改变酶活性和蛋白质的表达、硫巯基化修饰、减轻氧化应激、与信号物质的互作等抵御非生物胁迫的作用机制,并展望了H2S在植物体中抵御非生物胁迫的作用机制。     

苋色藜NDR1基因抗病毒特性初步研究

以抗病毒植物苋色藜为材料,克隆拟南芥NDR1的同源基因,确定其亚细胞定位及该基因表达和抗病毒特性分析,为转基因抗病育种奠定技术基础。根据苋色藜转录组测序分析结果,采用RT\|PCR克隆获得两个与拟南芥同源的NDR1基因,分别命名为CaNDR1a和CaNDR1b,并通过实时定量PCR分析病毒侵染后基因的表达情况;构建植物瞬时表达载体,发现CaNDR1a和CaNDR1b定位于细胞膜;构建CaNDR1a和CaNDR1b植物表达载体,遗传转化获得转基因烟草,经酶联免疫吸附测定（ELISA）分析T1代植株对烟草花叶病毒（TMV）和黄瓜花叶病毒（CMV）的抗性。生物信息学分析揭示CaNDR1a和CaNDR1b是NDR1的同源基因。CaNDR1a和CaNDR1b在苋色藜接种TMV和CMV后显著上调表达。CaNDR1a和CaNDR1b定位于细胞膜上,并且病毒对CaNDR1a和CaNDR1b的胞内定位没有影响。ELISA结果显示部分转基因株系对TMV和CMV的抗性增加。初步表明CaNDR1a和CaNDR1b是拟南芥NDR1的功能性同源基因,参与植物对病毒的内源免疫反应。     

西瓜专化型尖孢镰刀菌FonSIX6缺失突变体的构建

病原菌和植物相互作用时分泌效应蛋白（effectors）抑制植物的防卫反应。枯萎病是由尖孢镰刀菌引起的真菌病害,尖孢镰刀菌和寄主相互作用时分泌几个特定的富含半胱氨酸的小分子量蛋白（15.8～29.9 kD）进入木质部启动致病力,称为SIX（secreted in xylem）蛋白,其中,SIX6蛋白是一个效应蛋白。西瓜枯萎病是由西瓜专化型尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f. sp.Niveurn,Fon）引起的真菌病害。为了明确FonSIX6在侵染西瓜时的作用,克隆了该基因的上下游序列,以潮霉素为筛选标记构建了该基因的缺失突变体载体pDH\|SIX6;将构建好的基因缺失载体转入农杆菌AGL\|1中,通过农杆菌介导的遗传转化和转化子的筛选获得了FonSIX6基因的缺失突变体。